KR100463246B1 - Low power signal transmission circuit - Google Patents
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Abstract
본 발명은 칩 내부로 임의의 신호를 전달할 때 전달할 신호의 전압 폭을 줄여 전달하도록 구성함으로써 신호 전달 시의 소비 전력을 줄인, 저전력 신호 전달 회로를 제공하기 위한 것으로서, 이를 위해 본 발명은 외부로부터 칩의 내부로 전달할 신호를 입력받거나 또는 칩의 임의의 한 부분에서 위치상 떨어져있는 다른 부분으로 신호를 전달함에 있어 상기 신호의 전압폭을 감소시키기 위한 신호폭 감소 수단; 상기 신호폭 감소 수단으로부터 출력되는 감소된 전압폭의 신호를 전달하기 위한 신호 전달 수단; 및 상기 신호 전달 수단으로부터 전달되는 감소된 전압폭을 가진 신호를 입력받아 신호의 원래 전압폭으로 복원하기 위한 신호폭 복원 수단을 포함하며, 상기 신호폭 감소 수단은, 동작 전압 공급단 및 접지 전압 공급단 사이에 차례로 직렬연결되며, 게이트로 상기 신호폭 감소 수단의 출력 신호를 피드백 입력받는 제1 PMOS 트랜지스터, 게이트로 상기 전달할 신호를 입력받는 제2 PMOS 트랜지스터 및 제1 NMOS 트랜지스터, 게이트로 상기 신호폭 감소 수단의 출력 신호를 피드백 입력받는 제2 NMOS 트랜지스터를 포함한다.The present invention is to provide a low-power signal transmission circuit that reduces power consumption during signal transmission by configuring to reduce the voltage width of the signal to be transmitted when transmitting any signal into the chip, the present invention provides a chip from outside Signal width reduction means for reducing a voltage width of the signal in receiving a signal to be transmitted into or transmitting a signal from any one portion of the chip to another portion that is distant from the chip; Signal transmission means for transferring a signal of a reduced voltage width output from the signal width reduction means; And signal width recovery means for receiving a signal having a reduced voltage width transmitted from the signal transmission means and restoring the original voltage width of the signal, wherein the signal width reduction means includes: an operating voltage supply terminal and a ground voltage supply; A first PMOS transistor connected in series between the stages and receiving an output signal of the signal width reduction means through a gate, a second PMOS transistor and a first NMOS transistor receiving a signal to be transmitted to a gate, and a signal width through a gate And a second NMOS transistor receiving feedback input of the output signal of the reducing means.
Description
본 발명은 반도체 회로에 관한 것으로, 특히 반도체 칩의 전력 소비를 줄이기 위한 신호 전달 회로에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor circuits, and more particularly, to signal transmission circuits for reducing power consumption of semiconductor chips.
최근 밧데리를 사용하는 휴대용 장비의 사용이 증가함에 따라 밧데리의 수명을 연장하기 위한 저전력 반도체 칩의 필요성이 크게 대두되고 있다. 반도체 칩의 전력소비는 아래 수학식 1로 표현된다.With the recent increase in the use of portable equipment using batteries, the need for low-power semiconductor chips to extend the life of the battery is emerging. The power consumption of the semiconductor chip is represented by Equation 1 below.
[수학식 1][Equation 1]
P = CV P = CV
상기 수학식 1에서 P는 소비전력, C는 커패시턴스, Vdd는 동작전압, Vsw는 신호가 움직이는 폭, f는 동작주파수를 각각 나타낸다. 일반적인 CMOS 회로에서는 동작전압과 신호가 움직이는 폭이 서로 같다. 즉, "Vdd = Vsw"인 관계가 성립하게 된다.In Equation 1, P is power consumption, C is capacitance, V dd is an operating voltage, V sw is a width at which a signal moves, and f is an operating frequency. In general CMOS circuits, the operating voltage and the width of the signal move are the same. In other words, the relationship "V dd = V sw " is established.
일반적으로, 마이크로프로세서 및 동기형 메모리 등과 같은 반도체 장치는 클럭(clock) 신호와 같은 동기신호를 입력받아 이 클럭 신호에 동기하여 동작한다. 이때, 이러한 클럭 신호는 긴 금속 배선(metal line)을 통해 반도체 장치의 모든 부분에 전달되어 신호 전달에 많은 전력을 소비하게 된다. 실제, 메모리 반도체의 경우 클럭 신호 전달에만 총 전력의 10% 이상이 소비되고, 마이크로프로세서는 30% 정도의 전력이 소비된다. 더구나, 칩의 동작 속도가 증가함에 따라 클럭 신호 전달 시의 전력 소비가 급격히 증가하고 있는 추세이다. In general, a semiconductor device such as a microprocessor and a synchronous memory receives a synchronization signal such as a clock signal and operates in synchronization with the clock signal. At this time, the clock signal is transmitted to all parts of the semiconductor device through a long metal line, and consumes a lot of power for signal transmission. In fact, memory semiconductors consume more than 10% of the total power only for clock signal propagation, while microprocessors consume 30% of the power. In addition, as the operation speed of the chip increases, the power consumption during clock signal transmission is increasing rapidly.
따라서, 이러한 신호 전달 시 소비되는 전력을 절감할 필요성이 크게 부각되고 있다.Therefore, there is a great need for reducing the power consumed in transmitting such signals.
한편, 이러한 소비 전력을 줄이기 위하여 다양한 방법들이 개발되고 있는 데, 그 중 하나가 동작 전압(Vdd)을 낮추어 회로를 구동하는 방법이다. 그러나, 이와같이 동작 전압(Vdd)을 낮추어 회로를 구동하게 되는 경우에는 회로의 동작 속도가 느려지는 문제가 발생한다.Meanwhile, various methods have been developed to reduce such power consumption, and one of them is a method of driving a circuit by lowering an operating voltage V dd . However, when driving the circuit by lowering the operating voltage V dd in this way, the operation speed of the circuit becomes slow.
그리고, 소비 전력을 줄이기 위한 또다른 방법으로는 동일한 동작 전압에서 신호가 움직이는 전압 폭(신호의 진폭)을 줄임으로써 전체 전력 소비를 줄이는 방법이 있다.Another method for reducing power consumption is to reduce overall power consumption by reducing the voltage width (amplitude of the signal) at which the signal moves at the same operating voltage.
도 1은 5V 동작 전압에서 신호의 진폭을 감소하여 신호를 전달함으로써 전체 전력 소비를 줄이기 위한 종래의 회로도이다. 1 is a conventional circuit diagram for reducing overall power consumption by delivering a signal by reducing the amplitude of the signal at a 5V operating voltage.
도면에 도시된 바와 같이 종래의 신호 전달 회로는, 외부 또는 칩 내부의 임의의 회로로부터 칩의 내부의 특정한 부분으로 전달할 신호(Vin)를 입력받아 상기 신호(Vin)의 전압폭을 감소시키기 위한 신호폭 감소부(100), 상기 신호폭 감소부(100)로부터 출력되는 감소된 전압폭의 신호를 전달하기 위한 금속 배선부(110)와, 상기 금속 배선부(110)로부터 전달되는 감소된 전압폭을 가진 신호를 입력받아 신호의 원래 전압폭으로 복원하기 위한 신호폭 복원부(120)로 이루어진다. As shown in the drawing, the conventional signal transmission circuit receives a signal Vin to be transmitted to a specific part of the chip from an external circuit or any circuit inside the chip, and a signal for reducing the voltage width of the signal Vin. The width reduction unit 100, the metal wiring unit 110 for transmitting the signal of the reduced voltage width output from the signal width reduction unit 100, and the reduced voltage width transferred from the metal wiring unit 110. It is composed of a signal width recovery unit 120 for receiving a signal having a to restore the original voltage width of the signal.
좀더 구체적인 구성을 살펴보자면, 신호폭 감소부(100)는 동작 전압 공급단(Vdd) 및 접지 전압 공급단 사이에 직렬연결되며, 각각의 게이트로 반전된 전달 신호(Vin)를 입력받는 NMOS 트랜지스터(N1) 및 PMOS 트랜지스터(P1)로 이루어진다.In more detail, the signal width reduction unit 100 is connected in series between an operating voltage supply terminal V dd and a ground voltage supply terminal and receives an inverted transfer signal Vin input to each gate. (N1) and the PMOS transistor P1.
그리고, 금속 배선부(110)는 신호를 전달하고자 하는 위치에 존재하는 신호폭 감소부(100)의 출력단 및 신호를 전달받고자하는 위치에 존재하는 신호폭 복원부(120)의 입력단 간의 전류 경로 상에 구비되며, 다수의 저항(R1, R2) 및 상기 전류 경로 및 접지 전압 공급단 사이에 연결되는 다수의 커패시터(C1, C2, C3)로 등가 표현이 가능하다.In addition, the metal wiring unit 110 is located on the current path between the output terminal of the signal width reduction unit 100 present at the position to which the signal is to be transmitted and the input terminal of the signal width restoration unit 120 present at the position to receive the signal. Equivalent to the plurality of resistors (R1, R2) and the plurality of capacitors (C1, C2, C3) connected between the current path and the ground voltage supply terminal.
마지막으로, 신호폭 복원부(120)는 상기 금속 배선부(110)로부터 전달되는 감소된 전압폭을 가진 신호를 각각의 게이트로 입력받으며, 서로 직렬 연결되는 PMOS 트랜지스터(P2) 및 NMOS 트랜지스터(N2)를 구비하며, 대기 상태(standby state)에서 PMOS 트랜지스터(P2)와 NMOS 트랜지스터(N2)를 통해 흐르는 누설 전류를 방지하기 위해 동작 전압 공급단(Vdd) 및 PMOS 트랜지스터(P2)의 소스단 사이에 연결되며 게이트로 동작 전압(Vdd)을 입력받는 NMOS 트랜지스터(N3)와, NMOS 트랜지스터(N2)의 소스단 및 접지 전압 공급단 사이에 연결되며 게이트로 접지 전압을 입력받는 PMOS 트랜지스터(P4)를 더 구비한다. 또한, 신호폭 복원부(120)는 대기 상태가 아닌 동작 상태(active state)에서 NMOS 트랜지스터(N3) 및 PMOS 트랜지스터(P4)가 전류 흐름을 방해함으로써 구동 능력(drivability)을 떨어뜨리는 것을 방지하기 위해 동작 전압 공급단(Vdd) 및 PMOS 트랜지스터(P2)의 소스단 사이에 연결되며 게이트로 신호폭 변환부(120)의 출력 신호를 입력받는 PMOS 트랜지스터(P3)와, NMOS 트랜지스터(N2)의 소스단 및 접지 전압 공급단 사이에 연결되며 게이트로 신호폭 변환부(120)의 출력 신호를 입력받는 NMOS 트랜지스터(N4)를 더 구비한다.Finally, the signal width recovery unit 120 receives a signal having a reduced voltage width transmitted from the metal wiring unit 110 to each gate, and the PMOS transistor P2 and the NMOS transistor N2 connected in series with each other. And between an operating voltage supply terminal V dd and a source terminal of the PMOS transistor P2 to prevent leakage current flowing through the PMOS transistor P2 and the NMOS transistor N2 in a standby state. NMOS transistor N3 connected to the gate and receiving the operating voltage V dd , and a PMOS transistor P4 connected between the source terminal and the ground voltage supply terminal of the NMOS transistor N2 and receiving the ground voltage through the gate. It is further provided. In addition, the signal width recovery unit 120 may prevent the NMOS transistor N3 and the PMOS transistor P4 from interfering with the current flow in an active state other than the standby state, thereby reducing the driving ability. A PMOS transistor P3 connected between the operating voltage supply terminal V dd and a source terminal of the PMOS transistor P2 and receiving an output signal of the signal width converter 120 to a gate, and a source of the NMOS transistor N2. And an NMOS transistor N4 connected between the terminal and the ground voltage supply terminal and receiving an output signal of the signal width converter 120 as a gate.
상기와 같이 구성되는 종래의 신호 전달 회로의 동작을 설명한다.The operation of the conventional signal transmission circuit configured as described above will be described.
신호폭 감소부(100)는 전달 신호(Vin)의 레벨이 "하이(High)", 즉 동작 전압(Vdd) 레벨인 경우 NMOS 트랜지스터(N1)에 의한 전압 강하로 NMOS 트랜지스터(N1)의 문턱 전압(threshold voltage, 이하 Vtn이라 함)만큼 감소된 신호("Vdd-Vtn")를 출력하고, 전달 신호(Vin)의 레벨이 "로우(Low)", 즉 0V 레벨인 경우 PMOS 트랜지스터(P1)가 턴온되어 PMOS 트랜지스터(P1)의 문턱 전압(이하, Vtp이라 함)까지만 떨어진 신호(Vtp)를 출력한다. 결국, 신호폭 감소부(100)는 "동작 전압(Vdd)"에서 "0V" 사이를 움직이는 전달 신호(Vin)를 "Vtp"에서 "Vdd-Vtn" 사이를 움직이는 감소된 신호폭을 가지는 신호로 출력한다. When the level of the transmission signal Vin is " high ", that is, the operating voltage Vdd level, the signal width reduction unit 100 has a threshold voltage of the NMOS transistor N1 due to the voltage drop caused by the NMOS transistor N1. outputs a signal "Vdd-Vtn" reduced by a threshold voltage (hereinafter referred to as Vtn), and when the level of the transfer signal Vin is "low", that is, 0V level, the PMOS transistor P1 The signal Vtp is turned on and outputs only the threshold voltage of the PMOS transistor P1 (hereinafter referred to as Vtp). As a result, the signal width reduction unit 100 converts the transmission signal Vin moving between the "operating voltage Vdd" and "0V" into a signal having a reduced signal width moving between "Vtp" and "Vdd-Vtn". Output
그리고, 이렇게 감소된 신호폭을 가진 신호는 금속 배선부(110)를 통하여 신호폭 복원부(120)의 입력단에 전달된다. In addition, the signal having the reduced signal width is transmitted to the input terminal of the signal width recovery unit 120 through the metal wire 110.
신호폭 복원부(120)는 신호폭 감소부(100)에 의해 감소된 전압폭을 다시 원래의 완전한 전압폭("Vdd" ∼ "0V")으로 변환시킨다. The signal width recovery unit 120 converts the voltage width reduced by the signal width reduction unit 100 back to the original complete voltage widths "Vdd" to "0V".
대기상태에서 신호폭 복원부(120)의 입력단에 인가되는 "Vtp" 또는 "Vdd-Vtn" 레벨의 신호에 의해 PMOS 트랜지스터(P2) 또는 NMOS 트랜지스터(N2)가 턴-온되어 커다란 누설 전류를 발생하게 되는 데, 이러한 누설 전류는 NMOS 트랜지스터(N3)에 의해 PMOS 트랜지스터(P2)의 소스단 전압이 "Vdd - Vtn"만큼 떨어져 PMOS 트랜지스터(P2)가 턴-오프되고, PMOS 트랜지스터(P4)에 의해 NMOS 트랜지스터(N2)의 소스단 전압이 "Vtp"만큼 상승하여 NMOS 트랜지스터(N2)가 턴-오프됨으로써 제거된다.In the standby state, the PMOS transistor P2 or the NMOS transistor N2 is turned on by the "Vtp" or "Vdd-Vtn" level signal applied to the input terminal of the signal width recovery unit 120 to generate a large leakage current. This leakage current is caused by the NMOS transistor N3, so that the source terminal voltage of the PMOS transistor P2 is "Vdd-Vtn" so that the PMOS transistor P2 is turned off, and the PMOS transistor P4 is turned off. The source terminal voltage of the NMOS transistor N2 rises by " Vtp " to remove the NMOS transistor N2 by turning it off.
그러나, 상기와 같이 이루어진 신호 전달 회로는, 신호폭 감소부(100)의 NMOS 트랜지스터(N1)의 기판 전압이 "0V"이고, 소스 전압이 출력 전압과 연결 되어 기판 효과(body effect)에 의해 문턱 전압이 크게 상승한다는 문제점이 있다. 그러므로, 동작 전압이 "3V" 정도로 낮아지게 되면 NMOS 트랜지스터(N1)의 구동 능력이 떨어져 신호 전달 속도가 낮아지거나 동작하지 않게 된다. 또한, 신호폭 변환부(120)는 회로 구성이 너무 복잡하고, 신호폭 감소부(100)와 같이 기판 효과에 의해 구동 능력이 떨어짐으로써 오동작을 일으킬 수 있는 문제가 있다. However, in the signal transmission circuit configured as described above, the substrate voltage of the NMOS transistor N1 of the signal width reduction unit 100 is "0V", and the source voltage is connected to the output voltage, thereby causing a threshold due to a substrate effect. There is a problem that the voltage rises significantly. Therefore, when the operating voltage is lowered to about 3V, the driving capability of the NMOS transistor N1 is lowered, so that the signal transmission speed is lowered or does not operate. In addition, the signal width converting unit 120 has a problem in that the circuit configuration is too complicated and a malfunction may occur due to a decrease in driving capability due to the substrate effect, such as the signal width reducing unit 100.
도 2는 신호폭 감소부 및 신호폭 변환부를 일반적인 CMOS 인버터 회로로 구현한 종래의 또다른 신호 전달 회로로서, 상기 도 1의 신호 전달 회로와 동일한 구성 및 동작을 가진다.FIG. 2 is another signal transmission circuit of the prior art in which the signal width reduction unit and the signal width conversion unit are implemented by a general CMOS inverter circuit, and have the same configuration and operation as the signal transmission circuit of FIG.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 칩 내부로 또는 칩 내부 간에 임의의 신호를 전달할 때 전달할 신호의 전압 폭을 줄여 전달하도록 구성함으로써 신호 전달 시의 소비 전력을 줄인, 저전력 신호 전달 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and is configured to reduce the voltage width of the signal to be transmitted when transferring any signal into or between the chip, low power signal transmission circuit, reducing power consumption during signal transmission The purpose is to provide.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 외부로부터 칩의 내부로 전달할 신호를 입력받거나 또는 칩의 임의의 한 부분에서 위치상 떨어져있는 다른 부분으로 신호를 전달함에 있어 상기 신호의 전압폭을 감소시키기 위한 신호폭 감소 수단; 상기 신호폭 감소 수단으로부터 출력되는 감소된 전압폭의 신호를 전달하기 위한 신호 전달 수단; 및 상기 신호 전달 수단으로부터 전달되는 감소된 전압폭을 가진 신호를 입력받아 신호의 원래 전압폭으로 복원하기 위한 신호폭 복원 수단을 포함하며, 상기 신호폭 감소 수단은, 동작 전압 공급단 및 접지 전압 공급단 사이에 차례로 직렬연결되며, 게이트로 상기 신호폭 감소 수단의 출력 신호를 피드백 입력받는 제1 PMOS 트랜지스터, 게이트로 상기 전달할 신호를 입력받는 제2 PMOS 트랜지스터 및 제1 NMOS 트랜지스터, 게이트로 상기 신호폭 감소 수단의 출력 신호를 피드백 입력받는 제2 NMOS 트랜지스터를 포함하여 이루어진다.The present invention for achieving the above object is a signal for reducing the voltage width of the signal in receiving a signal to be transmitted from the outside to the inside of the chip or in transmitting a signal from any one part of the chip to another part in the position apart Width reduction means; Signal transmission means for transferring a signal of a reduced voltage width output from the signal width reduction means; And signal width recovery means for receiving a signal having a reduced voltage width transmitted from the signal transmission means and restoring the original voltage width of the signal, wherein the signal width reduction means includes: an operating voltage supply terminal and a ground voltage supply; A first PMOS transistor connected in series between the stages and receiving an output signal of the signal width reduction means through a gate, a second PMOS transistor and a first NMOS transistor receiving a signal to be transmitted to a gate, and a signal width through a gate And a second NMOS transistor receiving feedback input of the output signal of the reducing means.
또한, 본 발명의 또다른 일실시예는 외부로부터 칩의 내부로 전달할 신호를 입력받거나 또는 칩의 임의의 한 부분에서 위치상 떨어져있는 다른 부분으로 신호를 전달함에 있어 상기 신호의 전압폭을 감소시키기 위한 신호폭 감소 수단; 상기 신호폭 감소 수단으로부터 출력되는 감소된 전압폭의 신호를 전달하기 위한 신호 전달 수단; 및 상기 신호 전달 수단으로부터 전달되는 감소된 전압폭을 가진 신호를 입력받아 신호의 원래 전압폭으로 복원하기 위한 신호폭 복원 수단을 포함하며, 상기 신호폭 감소 수단은, 동작 전압 공급단 및 접지 전압 공급단 사이에 차례로 직렬연결되며, 게이트로 상기 전달할 신호를 입력받는 제1 PMOS 트랜지스터, 각기의 게이트로 상기 신호폭 감소 수단의 출력 신호를 피드백 입력받는 제2 PMOS 트랜지스터 및 제1 NMOS 트랜지스터, 게이트로 상기 전달할 신호를 입력받는 제2 NMOS 트랜지스터를 포함하여 이루어진다.In addition, another embodiment of the present invention is to reduce the voltage width of the signal in receiving a signal to be transmitted from the outside to the inside of the chip, or in transmitting the signal from any one part of the chip to another part in position apart Signal width reduction means for; Signal transmission means for transferring a signal of a reduced voltage width output from the signal width reduction means; And signal width recovery means for receiving a signal having a reduced voltage width transmitted from the signal transmission means and restoring the original voltage width of the signal, wherein the signal width reduction means includes: an operating voltage supply terminal and a ground voltage supply; The first PMOS transistor connected in series between the stages and receiving the signal to be transmitted to the gate, the second PMOS transistor and the first NMOS transistor to receive the output signal of the signal width reduction means to the respective gates, and the gate to the gate. And a second NMOS transistor receiving a signal to be transmitted.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도 3은 본 발명에 따른 신호 전달 회로도이다. 3 is a signal transmission circuit diagram according to the present invention.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 신호 전달 회로는, 외부로부터 또는 칩 내부의 임의의 한 위치로부터 칩 내부의 다른 위치로 전달할 신호(Vin)를 입력받아 상기 신호(Vin)의 전압폭을 감소시키기 위한 신호폭 감소부(200), 상기 신호폭 감소부(200)로부터 출력되는 감소된 전압폭의 신호를 전달하기 위한 금속 배선부(210)와, 상기 금속 배선부(210)로부터 전달되는 감소된 전압폭을 가진 신호를 입력받아 신호의 원래 전압폭으로 복원하기 위한 신호폭 복원부(220)로 이루어진다. As shown in the drawing, the signal transmission circuit of the present invention receives a signal Vin to be transmitted from an external location or any location within the chip to another location within the chip to reduce the voltage width of the signal Vin. The signal width reduction unit 200 for transmitting, the metal wiring unit 210 for transmitting the signal of the reduced voltage width output from the signal width reduction unit 200, and the reduced from the metal wiring unit 210 The signal width recovery unit 220 receives the signal having the voltage width and restores the original voltage width of the signal.
좀더 구체적인 본 발명의 구성을 살펴보자면, 신호폭 감소부(200)는 동작 전압 공급단(Vdd) 및 접지 전압 공급단 사이에 차례로 직렬연결되며, 게이트로 신호폭 감소부(200)의 출력 신호를 피드백 입력받는 PMOS 트랜지스터(P10), 게이트로 반전된 전달 신호(Vin)를 입력받는 PMOS 트랜지스터(P11) 및 NMOS 트랜지스터(N10), 게이트로 신호폭 감소부(200)의 출력 신호를 피드백 입력받는 NMOS 트랜지스터(N11)로 이루어진다.Looking at the configuration of the present invention in more detail, the signal width reduction unit 200 is connected in series between the operating voltage supply terminal (V dd ) and the ground voltage supply terminal in sequence, the output signal of the signal width reduction unit 200 to the gate PMOS transistor (P10) receiving the feedback input, PMOS transistor (P11) and NMOS transistor (N10) receiving the inverted transmission signal (Vin) to the gate, and receives the feedback signal of the output signal of the signal width reduction unit 200 to the gate NMOS transistor N11.
그리고, 금속 배선부(210)는 신호를 전달하고자 하는 위치에 존재하는 신호폭 감소부(200)의 출력단 및 신호를 전달받고자하는 위치에 존재하는 신호폭 복원부(220)의 입력단 간의 전류 경로 상에 구비되며, 다수의 저항(R10, R20)과, 상기 전류 경로 및 접지 전압 공급단 사이에 연결되는 다수의 커패시터(C10, C20, C30)로 등가 표현이 가능하다.In addition, the metal wiring unit 210 is located on the current path between the output terminal of the signal width reduction unit 200 at the position to which the signal is to be transmitted and the input terminal of the signal width restoration unit 220 at the position to receive the signal. Equivalent to the plurality of resistors (R10, R20), and a plurality of capacitors (C10, C20, C30) connected between the current path and the ground voltage supply terminal.
마지막으로, 신호폭 복원부(220)는 동작 전압 공급단(Vdd) 및 접지 전압 공급단 사이에 차례로 직렬 연결되며, 게이트로 대기 상태임을 나타내는 스탠바이 신호(Standby signal)를 입력받는 PMOS 트랜지스터(P12)와, 게이트로 상기 금속 배선부(210)로부터 전달되는 감소된 전압폭의 신호(Vred)를 각각 입력받는 PMOS 트랜지스터(P13) 및 NMOS 트랜지스터(N12)로 이루어지며, PMOS 트랜지스터(P13) 및 NMOS 트랜지스터(N12)의 공통 드레인단으로부터 원래 전압폭으로 복원되어 전달된 신호(Vout_new)가 출력된다.Finally, the signal width recovery unit 220 is sequentially connected between the operating voltage supply terminal V dd and the ground voltage supply terminal, and receives a standby signal indicating a standby state to the gate. ) And a PMOS transistor P13 and an NMOS transistor N12 that receive a reduced voltage signal Vred transmitted from the metal wiring unit 210 to a gate, respectively, and the PMOS transistor P13 and NMOS. The signal Vout_new, which is restored to the original voltage width from the common drain terminal of the transistor N12 and transferred, is output.
여기서, 스탠바이 신호는 동기형 반도체 장치가 동작하고 있지 않는 대기 상태에서 신호 전달 회로를 디스에이블시켜 전달 동작이 이루어지지 않도록 함으로써 전력 소비를 줄이기 위한 것이다.Here, the standby signal is intended to reduce power consumption by disabling the signal transmission circuit in the standby state in which the synchronous semiconductor device is not operating so that the transfer operation is not performed.
상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 신호 전달 회로의 일실시 동작을 설명한다.One embodiment of the signal transmission circuit according to the present invention made as described above will be described.
신호폭 감소부(200)에서 전달 신호(Vin)의 레벨이 "로우(Low)", 즉 0V 레벨이고, 신호폭 감소부(200)의 출력단 레벨이 "하이"인 경우에 2개의 NMOS 트랜지스터(N10, N11)가 모두 턴-온되어 신호폭 감소부(200)의 출력단 전압을 내린다. 이때, 신호폭 감소부(200)의 출력단 전압이 NMOS 트랜지스터의 "Vtn"까지 떨어지게 되면 NMOS 트랜지스터(N11)가 턴-오프되고, 출력단 전압이 더 이상 떨어지지 않게 된다.When the level of the transmission signal Vin in the signal width reduction unit 200 is "low", that is, 0V level, and the output terminal level of the signal width reduction unit 200 is "high", two NMOS transistors ( Both N10 and N11 are turned on to lower the output terminal voltage of the signal width reduction unit 200. At this time, when the output terminal voltage of the signal width reduction unit 200 drops to "Vtn" of the NMOS transistor, the NMOS transistor N11 is turned off, and the output terminal voltage no longer drops.
또한, 신호폭 감소부(200)에서 전달 신호(Vin)의 레벨이 "하이(High)", 즉 동작 전압(Vdd) 레벨이고, 신호폭 감소부(200)의 출력단 레벨이 "로우"인 경우에 2개의 PMOS 트랜지스터(P10, P11)가 모두 턴-온되어 신호폭 감소부(200)의 출력단 전압이 상승된다. 이때, 신호폭 감소부(200)의 출력단 전압이 "Vdd-Vtp"까지 상승되면 PMOS 트랜지스터(P10)가 턴-오프되고, 출력단 전압이 더 이상 상승되지 않는다. In addition, when the level of the transmission signal Vin in the signal width reduction unit 200 is "high", that is, the operating voltage Vdd level, and the output terminal level of the signal width reduction unit 200 is "low". Both PMOS transistors P10 and P11 are turned on to increase the output terminal voltage of the signal width reduction unit 200. At this time, when the output terminal voltage of the signal width reduction unit 200 rises to "Vdd-Vtp", the PMOS transistor P10 is turned off and the output terminal voltage does not increase any more.
따라서, 신호폭 감소부(200)는 "동작 전압(Vdd)"에서 "0V" 사이를 움직이는 전달 신호(Vin)를 "Vdd-|Vtp|"에서 "Vtn" 사이를 움직이는 감소된 신호폭을 가지는 신호로 출력한다. 만약, 동작 전압(Vdd)이 "3V"이고, "Vtn" 및 "Vtp"가 각각 "0.7V", "-0.7V"이면, 2.3V에서 0.7V로 움직여 신호폭이 "1.6V"로 줄어들게 된다. Accordingly, the signal width reduction unit 200 has a reduced signal width that moves the transfer signal Vin moving between the "operating voltage Vdd" and "0V" between "Vdd- | Vtp |" and "Vtn". Output as a signal. If the operating voltage Vdd is "3V" and "Vtn" and "Vtp" are "0.7V" and "-0.7V", respectively, the signal width is reduced to "1.6V" by moving from 2.3V to 0.7V. do.
그리고, 이렇게 감소된 신호폭을 가진 신호는 금속 배선부(210)를 통하여 신호폭 복원부(220)의 입력단에 전달된다. In addition, the signal having the reduced signal width is transmitted to the input terminal of the signal width recovery unit 220 through the metal wire 210.
신호폭 복원부(220)는 금속 배선부(210)를 통해 전달되는 감소된 신호폭을 가진 신호(Vred)를 완전한 신호폭의 신호로 복원시키기 위해 일반적인 CMOS 인버터로 구성된다. 이러한 일반적인 CMOS 인버터는, 대기 상태에서 PMOS 트랜지스터 및 NMOS 트랜지스터의 게이트에 "0V" 또는 "Vdd"의 전압이 인가되는 경우 누설 전류가 발생하지 않지만, 게이트에 "Vtn" 또는 "Vdd-Vtp"의 전압이 인가되는 경우에는 PMOS 및 NMOS 트랜지스터를 통해 많은 누설 전류를 발생한다. 그러나, 마이크로 프로세서나 동기형 메모리 칩의 경우 칩 내부가 대기상태임을 알려주는 신호(스탠바이 신호)에 의해 전체 동작이 제어되기 때문에 이러한 스탠바이 신호를 사용하여 대기 상태에서의 누설 전류를 차단한다. 즉, 대기 상태일 경우에 "하이" 레벨의 스탠바이 신호가 입력되어 PMOS 트랜지스터(P12)가 턴-오프됨으로써 전류 경로가 차단되어 누설 전류 문제를 해결할 수 있다. The signal width recovery unit 220 is configured as a general CMOS inverter to restore a signal Vred having a reduced signal width transmitted through the metal wire 210 to a signal having a full signal width. Such a general CMOS inverter has no leakage current when a voltage of "0V" or "Vdd" is applied to the gates of the PMOS transistor and the NMOS transistor in the standby state, but the voltage of "Vtn" or "Vdd-Vtp" is applied to the gate. When applied, a large leakage current is generated through the PMOS and NMOS transistors. However, in the case of a microprocessor or a synchronous memory chip, since the entire operation is controlled by a signal (standby signal) indicating that the inside of the chip is in a standby state, such a standby signal is used to block leakage current in the standby state. That is, in the standby state, a standby signal having a "high" level is input and the PMOS transistor P12 is turned off to cut off the current path, thereby solving the leakage current problem.
도 4는 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 신호 전달 회로도이다.4 is a signal transmission circuit diagram according to another embodiment of the present invention.
도면에 도시된 바와 같이, 신호 전달 회로는 상기 도 3과 같이 신호폭 감소부(300), 금속 배선부(310) 및 신호폭 복원부(320)로 이루어지되, 구체적으로는 신호폭 감소부(300)는 동작 전압 공급단(Vdd) 및 접지 전압 공급단 사이에 차례로 직렬연결되며, 게이트로 반전된 전달 신호(Vin)를 입력받는 PMOS 트랜지스터(P20), 게이트로 신호폭 감소부(300)의 출력 신호를 피드백 입력받는 PMOS 트랜지스터(P21) 및 NMOS 트랜지스터(N20), 게이트로 반전된 전달 신호(Vin)를 입력받는 NMOS 트랜지스터(N21)로 이루어진다. 그리고, 신호폭 복원부(320)는 동작 전압 공급단(Vdd) 및 접지 전압 공급단 사이에 차례로 직렬 연결되며, 게이트로 상기 금속 배선부(310)로부터 전달되는 감소된 전압폭의 신호를 각각 입력받는 PMOS 트랜지스터(P22) 및 NMOS 트랜지스터(N22)와, 게이트로 대기 상태임을 나타내는 스탠바이 신호(Standby signal)를 입력받는 NMOS 트랜지스터(N23)로 이루어지며, PMOS 트랜지스터(P22) 및 NMOS 트랜지스터(N22)의 공통 드레인단으로부터 원래 전압폭으로 복원되어 전달된 신호(Vout_new2)가 출력된다.As shown in FIG. 3, the signal transmission circuit includes a signal width reduction unit 300, a metal wiring unit 310, and a signal width recovery unit 320 as shown in FIG. 3. 300 is sequentially connected between the operating voltage supply terminal (V dd ) and the ground voltage supply terminal, the PMOS transistor (P20) receiving the transfer signal (Vin) inverted to the gate, the signal width reduction unit 300 to the gate The PMOS transistor P21 and the NMOS transistor N20 receive feedback input signals of the output signal, and the NMOS transistor N21 receives the transfer signal Vin inverted to the gate. In addition, the signal width recovery unit 320 is serially connected between the operating voltage supply terminal V dd and the ground voltage supply terminal, respectively, and outputs a signal having a reduced voltage width transmitted from the metal wiring unit 310 to a gate, respectively. A PMOS transistor P22 and an NMOS transistor N22 that are input and an NMOS transistor N23 that receives a standby signal indicating a standby state through a gate are configured. The PMOS transistor P22 and the NMOS transistor N22 are provided. The signal Vout_new2 which is restored to the original voltage width from the common drain terminal of and is transmitted.
본 발명의 또다른 실시예에 따르는 신호폭 복원부(320)로 대기상태일 때 "로우" 레벨의 스탠바이 신호가 입력되고 동작상태일 때 "하이"레벨의 스탠바이 신호가 입력됨으로써, 스탠바이 신호를 게이트로 입력받는 NMOS 트랜지스터(N23)를 통해 대기상태의 누설 전류 문제를 해결한다. When the standby signal of the "low" level is input to the signal width recovery unit 320 in the standby state and the standby signal of the "high" level is input to the signal width recovery unit 320 according to another embodiment of the present invention, the standby signal is gated. Through the NMOS transistor (N23) input to the solve the problem of leakage current in the standby state.
도 5는 상기 도 2에 도시된 종래의 신호 전달 회로 및 상기 도 3의 본 발명에 따른 신호 전달 회로에 대한 시뮬레이션 파형도로서, 3V의 동작 전압에서 200MHz 동작주파수를 가진 신호의 전달 파형을 보여준 것이다. 도면에서, 본 발명의 신호 전달 회로가 고속 신호를 전달하는 데 어려움이 없음을 보여준다.FIG. 5 is a simulation waveform diagram of the conventional signal transfer circuit shown in FIG. 2 and the signal transfer circuit according to the present invention of FIG. 3, showing a transfer waveform of a signal having a 200 MHz operating frequency at an operating voltage of 3 V. FIG. . In the figure, it is shown that the signal transfer circuit of the present invention has no difficulty in delivering a high speed signal.
도 6은 3V의 동작 전압에서 동작 주파수의 변화에 따른 전류 소비량의 변화를 도시한 파형도로서, 본 발명의 신호 전달 회로가 신호를 완벽하게 전달하면서도 전력 소비를 40% 가까이 줄이는 것을 보여준다.6 is a waveform diagram showing a change in current consumption according to a change in operating frequency at an operating voltage of 3V, showing that the signal transmission circuit of the present invention reduces power consumption by nearly 40% while delivering a signal perfectly.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 신호 전달 시 간단한 회로를 통해 전달 신호의 전압 폭을 감소시켜 전달하도록 구성함으로써 신호 전달 시 소모되는 전력을 40% 정도 감소시킬 수 있는 효과가 있고, 특히 고속으로 동작하는 신호의 전달 시에 적용되어 탁월한 전력 절감의 효과를 구현할 수 있다.The present invention made as described above is configured to reduce the voltage width of the transmission signal through a simple circuit during signal transmission, thereby reducing the power consumption of the signal transmission by about 40%, in particular operating at high speed It can be applied at the time of signal transmission to realize the outstanding power saving effect.
도 1은 종래의 신호 전달 회로도.1 is a conventional signal transmission circuit diagram.
도 2는 CMOS 인버터 회로로 구현된 종래의 또다른 신호 전달 회로도.2 is another conventional signal transmission circuit diagram implemented with a CMOS inverter circuit.
도 3은 본 발명에 따른 신호 전달 회로도.3 is a signal transmission circuit diagram according to the present invention.
도 4는 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 신호 전달 회로도.4 is a signal transmission circuit diagram according to another embodiment of the present invention.
도 5는 상기 도 2에 도시된 종래의 신호 전달 회로 및 상기 도 3의 본 발명에 따른 신호 전달 회로에 대한 시뮬레이션 파형도.5 is a simulation waveform diagram of the conventional signal transfer circuit shown in FIG. 2 and the signal transfer circuit according to the present invention of FIG. 3.
도 6은 3V의 동작 전압에서 동작 주파수의 변화에 따른 전류 소비량의 변화를 도시한 파형도.6 is a waveform diagram showing a change in current consumption with a change in operating frequency at an operating voltage of 3V.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명* Description of the main parts of the drawing
200 : 신호폭 감소부 210 : 금속 배선부200: signal width reduction portion 210: metal wiring portion
220 : 신호폭 복원부220: signal width recovery unit
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